玉米是全球種植面積最廣、產(chǎn)量最高的作物之一，其籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)直接關(guān)系到糧食安全與營養(yǎng)供給。籽粒灌漿是決定最終產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵階段，其過程直接影響淀粉、蛋白質(zhì)及微量營養(yǎng)元素的積累。然而，這一關(guān)鍵過程受到高度復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的精細控制，其核心調(diào)控機制仍有待深入解析。由于產(chǎn)量與品質(zhì)性狀具有多基因調(diào)控特性，長期以來被視為作物育種中難以同步優(yōu)化的關(guān)鍵瓶頸。盡管已鑒定出十余個調(diào)控玉米籽粒發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子，但鮮有轉(zhuǎn)錄因子被證實能夠同時實現(xiàn)產(chǎn)量與品質(zhì)協(xié)同提升。

2026年3月19日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部/生物育種安徽省實驗室張志勇團隊Nature Plants在線發(fā)表了題為“ZmMYB127 controls maize endosperm filling via dual-transcriptional regulation to improve grain yield and quality”的研究論文。該研究整合CUT&Tag、AlphaFold的結(jié)構(gòu)預(yù)測和蛋白質(zhì)相互作用篩選等技術(shù)，揭示了ZmMYB127通過雙重轉(zhuǎn)錄活性協(xié)調(diào)籽粒糊粉層發(fā)育和營養(yǎng)物質(zhì)積累，進而提高了籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)，這一重要發(fā)現(xiàn)凸顯了 ZmMYB127 作為玉米分子育種關(guān)鍵靶點的重要應(yīng)用潛力。鑒于該研究的重要性，Nature Plants雜志同期配發(fā)了題為“Dual transcriptional control by ZmMYB127 regulates grain yield and quality”研究簡報，對該工作進行了重點推介。

研究團隊利用公開的玉米籽粒發(fā)育高時間分辨率轉(zhuǎn)錄組圖譜，鑒定出ZmMYB127是MYB家族轉(zhuǎn)錄因子中在灌漿胚乳表達量最高且最特異的轉(zhuǎn)錄因子。功能分析表明，ZmMYB127基因敲除會破壞灌漿胚乳中糊粉層的形成，導(dǎo)致籽粒重量、品質(zhì)和營養(yǎng)價值均顯著降低（圖1）。

圖1 ZmMYB127對灌漿期籽粒發(fā)育和糊粉層維持至關(guān)重要

利用CUT&Tag-seq、EMSA和DLR等技術(shù)手段，研究團隊發(fā)現(xiàn)ZmMYB127對核心胚乳灌漿基因NKD1、NKD2、CR4和O2發(fā)揮雙重轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用（圖2）。進一步地，研究團隊通過對ZmMYB127不同截短片段的轉(zhuǎn)錄活性進行分析，鑒定出一個6個氨基酸的抑制基序（EAR基序），該基序缺失可解除對CR4和O2表達的抑制。機制上，ZmMYB127可以與O2形成激活復(fù)合物，通過結(jié)合NKD1和NKD2基因啟動子中的兩個不同的順式調(diào)控元件（CRE1和CRE3），協(xié)同誘導(dǎo)NKD1和NKD2的表達。相反，ZmMYB127、共抑制因子ZmLUG3和B3結(jié)構(gòu)域轉(zhuǎn)錄因子ZmABI4形成抑制復(fù)合物，通過另一對CRE元件（CRE1和CRE2）抑制O2和CR4的表達（圖3）。

圖2 ZmMYB127對NKD1、NKD2、CR4和O2發(fā)揮雙重轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用

研究團隊通過多年多點考察，發(fā)現(xiàn)在B104自交系的胚乳中過表達ZmMYB127可提高籽粒重量、品質(zhì)和營養(yǎng)價值。將這種過表達導(dǎo)入鄭單958品種中也觀察到了類似的改良。此外，其水稻同源物OsMYB20在胚乳灌漿中也發(fā)揮保守作用。這些研究結(jié)果表明，ZmMYB127是一個有前景的谷物改良靶點，且不會對精準育種造成不利影響。

圖3 以ZmMYB127為中心調(diào)控玉米胚乳填充和糊粉層發(fā)育關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄機制工作模型

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部博士后石健、碩士研究生李智強和王澤宇為本論文的共同第一作者，張志勇研究員為本論文通訊作者。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生潘書興和吳旭，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)王席副教授，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院葉亞峰和徐卓平副研究員，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院南亞熱帶作物研究所賀軍軍副研究員等在本研究中做出了重要貢獻。特別感謝中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所張學(xué)勇研究員提供了轉(zhuǎn)錄活性分析相關(guān)載體。該研究工作得到了生物育種安徽省實驗室、安徽省杰出青年科學(xué)基金、國家自然科學(xué)基金和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項基金的資助。

研究論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41477-026-02238-3

研究簡報鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41477-026-02241-8